CN102324445A - 具有改良结构的msm光探测器及其制备方法 - Google Patents

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杨乐臣
付凯
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Abstract

本发明公开了一种具有改良结构的MSM光探测器及其制备方法。该探测器包括自上而下依次设置的有源层、缓冲层及绝缘衬底，该有源层上还设有电极，并且至少所述电极的局部被掩埋设置于有源层中；其制备方法为：在叠设于绝缘衬底上的有源层表面掩模刻蚀形成掩埋电极沟道，并在掩埋电极沟道内填充导电材料，形成设定形态的电极。本发明用掩埋在半导体材料内的电极结构代替原有的表面电极结构，掩埋型电极可以在材料内部形成水平方向的电场，获得比表面电极结构更强的电场场强，电子在较强的场强作用下，沿着近似直线的轨迹运动，加速了光生载流子的漂移，有效的缩短了器件的响应时间，提高了器件的响应度，且其制备工艺简单可控。

Description

具有改良结构的MSM光探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光探测领域的一种金属-半导体-金属（MSM）光探测器，特别涉及一种具有掩埋型叉指结构的MSM光探测器及其制备方法。
背景技术
金属-半导体-金属（MSM）型光探测器利用金属与半导体界面间的肖特基势垒形成类似PN结的载流子耗尽区。半导体内由入射光产生的光生载流子在外加电场的作用下反向肖特基结耗尽区内发生漂移运动，迅速被探测器两端电极收集。这种结构相当于两个背对背的共平面的肖特基势垒连接，其金属接触通常采用直接在半导体表面制作交叉条纹形状，光可以在金属叉指的电极间隙被吸收，MSM结构的光探测器避免了以往肖特基光电二极管金属层的光吸收，提高了入射光的光照面积。同时MSM结构光探测器还具有结构简单、寄生电容小、响应速度快、制作工艺成本低等特点而被广泛应用于各类光子和粒子探测器中。
传统MSM结构探测器在材料表面直接采用光刻-沉积金属-剥离的步骤获得表面的电极图形，这种方式工艺简单，容易获得良好的肖特基接触，但由于MSM结构其属于表面器件结构，因此对材料表面本身的要求较高，如果材料表面存在大量的缺陷和杂质，则会产生一定数量的表面能级，在外加偏压的作用下会形成电子泄漏的通道，器件的暗电流增大。同时由于MSM型光探测器只利用了器件材料表面的部分（有源区厚度与光在吸收材料中的衰减深度有关），因此其探测效率有限。
发明内容
本发明的目的之一在于针对现有技术的不足提供一种具有改良结构的MSM光探测器，其采用掩埋在材料内的电极结构代替原有的表面电极结构，该掩埋型电极可以在材料内部形成水平方向的电场，获得比表面电极结构更强的电场场强，电子在较强的场强作用下，沿着近似直线的轨迹运动，加速光生载流子的漂移，从而有效的缩短器件的响应时间，提高器件的响应度。
本发明的另一目的在于提供制备前述具有改良结构的MSM光探测器的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种具有改良结构的MSM光探测器，包括自上而下依次设置的有源层、缓冲层及绝缘衬底，所述有源层上还设有电极，其特征在于：至少所述电极的局部被掩埋设置于有源层中。
优选的，所述电极被掩埋设置于有源层中，且其上端面与有源层上端面平齐。
作为一较佳实施方式，该光探测器包括按从下向上的顺序依次叠设在蓝宝石衬底的AlN缓冲层和GaN有源层，所述GaN有源层上掩埋设置金属叉指电极。
优选的，所述电极采用金属叉指电极。
如上所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于，该方法为：在叠设于绝缘衬底上的有源层表面掩模刻蚀形成掩埋电极沟道，并在掩埋电极沟道内填充导电材料，形成设定形态的电极；
所述有源层与绝缘衬底之间还设有缓冲层。
进一步的，该方法包括如下步骤：
（1）在有源层表面涂覆光刻胶，并曝光、显影制作出电极光刻图形；
（2）以光刻图形为掩膜，在有源层上刻蚀形成掩埋电极沟道；
（3）在掩埋电极沟道内沉积金属，再除去有源层表面的光刻胶，制成电极图形。
所述电极采用金属叉指电极。
所述绝缘衬底包括蓝宝石衬底，所述缓冲层包括AlN缓冲层，所述有源层包括GaN有源层。
该方法具体为：
（1）在GaN有源层表面涂覆光刻胶，并通过紫外曝光工艺进行曝光、显影，制作出叉指型电极光刻图形；
（2）以光刻图形为掩膜，在GaN有源层上通过湿法腐蚀或干法刻蚀形成掩埋电极沟道；
（3）在掩埋电极沟道内沉积金属，再剥离去除有源层表面的光刻胶，制成电极图形。
附图说明
图1是本发明掩埋型电极型MSM探测器的结构示意图；
图2a是传统MSM探测器的电场物理模型示意图；
图2b是本发明掩埋型电极型MSM探测器的电场物理模型示意图；
图3是本发明掩埋型电极型MSM探测器的掩埋型电极电场分布计算图；
图4是本发明掩埋型电极型MSM探测器的制作工艺流程图。
图5是本发明一较佳实施例中掩埋型电极型MSM探测器的俯视图。
具体实施方式
参阅图1，本发明的掩埋型电极结构的MSM探测器包括自下至上依次为蓝宝石沉底1、AlN缓冲层2、GaN有源层3、金属叉指电极4。其结构特点是：用掩埋在材料内的电极结构代替原有的表面电极结构，通过这种方式可以改善材料表面态对器件性能如暗电流变大、金属接触性能变差所带来的不利影响。
MSM探测器的电场物理模型如图2a和图2b所示，其中图2a是传统平面型电极结构，对于无掩埋电极的场强随着有源区纵向深度的增加而减少，电极下方衰减较快，电极中间衰减较慢。图2b是本发明中的掩埋式电极结构，在掩埋电极深度的区域电场近视为均匀分布，电极间电场线近似直线分布，在大于掩埋电极深度的区域，电场分布与平面型叉指结构相似。
图3所示系本发明掩埋型电极结构MSM探测器的电场分布，可以明显的看到这种探测器的电场在掩埋电极区域近似为均匀分布，电极间电场线近似直线分布，计算结果与理论吻合很好。掩埋型电极可以在材料内部形成水平方向的电场方向，获得比表面电极结构更强的电场场强，电子在较强的场强作用下，沿着近似直线的轨迹运动，加速了光生载流子的漂移，有效的缩短了器件的响应时间，提高了器件的响应度。因为掩埋型电极结构可以获得更宽范围的电流扩展，所以可以采用更窄的叉指宽度，从而使材料的光照面积变大，使器件的光电转化效率和灵敏度进一步得到提高，可以得到性能优越的探测器。
以下结合一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
参阅图4，本实施例涉及一种GaN基紫外光探测器，其制作方法如下：
1.   在GaN表面涂覆光刻胶；
2.   通过紫外曝光工艺对GaN样品表面光刻胶进行曝光、显影，制作出叉指型电极光刻图形；
3.   以光刻图形为掩膜，通过湿法腐蚀或干法刻蚀的技术手段制作出掩埋电极沟道；
4.   在样品表面进行金属沉积；
剥离，去除样品表面的光刻胶，获得电极图形，其结构如图5所示。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有改良结构的MSM光探测器，包括自上而下依次设置的有源层、缓冲层及绝缘衬底，所述有源层上还设有电极，其特征在于：至少所述电极的局部被掩埋设置于有源层中。
2.根据权利要求1所述的具有改良结构的MSM光探测器，其特征在于：所述电极被掩埋设置于有源层中，且其上端面与有源层上端面平齐。
3.根据权利要求1所述的具有改良结构的MSM光探测器，其特征在于：它包括按从下向上的顺序依次叠设在蓝宝石衬底的AlN缓冲层和GaN有源层，所述GaN有源层上掩埋设置金属叉指电极。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的具有改良结构的MSM光探测器，其特征在于：所述电极采用金属叉指电极。
5.如权利要求1所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于，该方法为：在叠设于绝缘衬底上的有源层表面掩模刻蚀形成掩埋电极沟道，并在掩埋电极沟道内填充导电材料，形成设定形态的电极；
所述有源层与绝缘衬底之间还设有缓冲层。
6.如权利要求5所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）在有源层表面涂覆光刻胶，并曝光、显影制作出电极光刻图形；
（2）以光刻图形为掩膜，在有源层上刻蚀形成掩埋电极沟道；
（3）在掩埋电极沟道内沉积金属，再除去有源层表面的光刻胶，制成电极图形。
7.如权利要求5或6所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于：所述电极采用金属叉指电极。
8.如权利要求5或6所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于：所述绝缘衬底包括蓝宝石衬底，所述缓冲层包括AlN缓冲层，所述有源层包括GaN有源层。
9.如权利要求5所述具有改良结构的MSM光探测器的制备方法，其特征在于，该方法具体为：
（1）在GaN有源层表面涂覆光刻胶，并通过紫外曝光工艺进行曝光、显影，制作出叉指型电极光刻图形；
（2）以光刻图形为掩膜，在GaN有源层上通过湿法腐蚀或干法刻蚀形成掩埋电极沟道；
（3）在掩埋电极沟道内沉积金属，再剥离去除有源层表面的光刻胶，制成电极图形。
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